盡管新能源動力電池行業(yè)經(jīng)過一輪又一輪的“洗牌”，但優(yōu)質(zhì)動力電池供不應(yīng)求的局面仍在長期持續(xù)。根據(jù)中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會（CIAPS）統(tǒng)計，2018年中國鋰電池的產(chǎn)量增長到1242億瓦時，同比增長23.1%。鋰電池市場規(guī)模的快速擴大，主要來自于新能源汽車動力電池的增長；其中，2018年動力鋰電池產(chǎn)量達到650億瓦時，同比增長45.7%（如圖1所示）；而在整個動力電池新增裝機量中，三元電池為331億瓦時，占總裝機量的58.2%；磷酸鐵鋰電池為221.9億瓦時，占總裝機量的39%。

圖12015-2018年中國動力鋰電池產(chǎn)量統(tǒng)計（資料來源：CIAPS）

從全球整體產(chǎn)業(yè)鏈的角度來看，新能源汽車動力鋰電池市場的競爭日益激烈，2018年以來，以日、韓、中為代表的各大廠商紛紛加大了投資建設(shè)的規(guī)模，特別是在新能源汽車行業(yè)最為活躍的中國市場上，這兩年來動力鋰電池的巨頭們正有條不紊地擴張著他們的產(chǎn)能版圖（見表1）。

表1各大廠商在建及計劃建設(shè)動力電池產(chǎn)線

談到近期中國動力電池行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)況，CIAPS協(xié)會秘書長劉彥龍表示，受2018年中國動力電池行業(yè)補貼大幅度下滑、能量密度及續(xù)航門檻大幅提高、企業(yè)資金鏈緊張等多重壓力，市場已進入到快速“洗牌”的階段，一方面企業(yè)要擴大生產(chǎn)規(guī)模，另一方面則要提高產(chǎn)線自動化水平，提高產(chǎn)品的一致性和良品率。

在這一趨勢下，為產(chǎn)業(yè)鏈上游的鋰電設(shè)備行業(yè)提供了廣闊的發(fā)展空間。據(jù)統(tǒng)計，2018年4家上市鋰電設(shè)備企業(yè)的總營收同比增長22.47%；扣非歸母凈利潤同比減少15.58%，在產(chǎn)業(yè)鏈中受新能源整車補貼退坡的影響最小。預(yù)計2019年鋰電設(shè)備行業(yè)將繼續(xù)維持較高增速，尤其是得益于外資龍頭企業(yè)紛紛在國內(nèi)建廠，近兩年鋰電設(shè)備需求將較大增長，且2019年鋰電設(shè)備企業(yè)的利潤增速擴大。

鋰電設(shè)備行業(yè)新趨勢

圍繞動力電池的開發(fā)，已成為現(xiàn)階段促進新能源汽車普及應(yīng)用的一個重點，目標是——高能量密度、低成本、高安全性，為此，除了在優(yōu)化材料體系和制作工藝上下功夫之外，鋰電池生產(chǎn)設(shè)備的開發(fā)也是一個非常重要的環(huán)節(jié)。

目前一個較為明顯的趨勢是，鋰電池生產(chǎn)設(shè)備的整體產(chǎn)線改造與升級速度加快，一體化集成設(shè)備受到應(yīng)用端青睞，以滿足主流動力鋰電池企業(yè)對降本、提效的迫切要求。例如，先導(dǎo)智能開發(fā)出的新型激光切卷繞一體機可代替?zhèn)鹘y(tǒng)模切機（2臺）和卷繞機（1臺），一方面，激光切割的精度比傳統(tǒng)的模切大幅提高；另一方面激光切卷繞一體機的產(chǎn)能≥100m/min，既節(jié)省了空間和人力成本，也節(jié)省了模切到卷繞間的搬運過程，且提高了生產(chǎn)安全性。此外，先導(dǎo)智能最新的高速疊片機其精度可達±0.2mm，達到國內(nèi)先進水平。

新能源汽車動力鋰電池的整個生產(chǎn)流程，大致上可以分為電極制作（前段）、電芯裝配（中段）、后道處理（后段）三大過程工序（如圖2所示）。前段設(shè)備（如涂布機、輥壓機、分切機等）和中段設(shè)備（如制片機、模切機、卷繞機、疊片機等）是決定鋰電池質(zhì)量和性能的關(guān)鍵，因此對于生產(chǎn)設(shè)備的控制精度和穩(wěn)定性要求較高。而鋰電池后道生產(chǎn)設(shè)備，如化成、分容及檢測、Pack組裝設(shè)備等，則對于產(chǎn)線柔性化的要求更高，提高后段設(shè)備的自動化程度是關(guān)鍵。

圖2鋰電池制作工序流程圖

另一個值得一提的現(xiàn)象是，最近幾年國產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)技術(shù)取得了長足的進步。根據(jù)GGII的調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，在鋰電池生產(chǎn)的前段設(shè)備中，總體國產(chǎn)占有率達88%；中段設(shè)備總體國產(chǎn)占有率約為90%以上；而后段設(shè)備總體國產(chǎn)占有率甚至超過95%。這主要得益于近年來在國家政策的引導(dǎo)和扶持下，新能源汽車行業(yè)在中國市場取得了迅猛發(fā)展，并逐步建立起了完整的動力鋰電池產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈，本土鋰電池設(shè)備開發(fā)廠商借助便利條件，得以快速掌握應(yīng)用需求變化，加上強大的服務(wù)支持能力，因而在激烈的競爭市場中發(fā)展壯大起來。

驅(qū)控算法成為關(guān)鍵

伴隨著國內(nèi)鋰電池生產(chǎn)設(shè)備行業(yè)的高速發(fā)展，為包括伺服、運動控制系統(tǒng)、機器人、整體產(chǎn)線設(shè)計等在內(nèi)的工控自動化廠商提供了良好的發(fā)展空間。例如，前段、中段生產(chǎn)設(shè)備對控制精度和穩(wěn)定性的要求極高，在張力控制、收放卷控制、中斷定位控制等特殊工藝環(huán)節(jié)上需要驅(qū)動、控制技術(shù)與鋰電池生產(chǎn)技術(shù)緊密結(jié)合起來，才能真正滿足鋰電池生產(chǎn)的實際應(yīng)用需求。

為了實現(xiàn)更高的控制精度，以及保證高效產(chǎn)能，目前大部分廠商的解決之道都在于將驅(qū)、控算法在底層集成于一體，盡可能地讓控制指令下達到驅(qū)動器的延時縮短，同時在驅(qū)控算法上做進一步的優(yōu)化，令伺服系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)更快，定位更精確，運行平穩(wěn)，自適應(yīng)能力強，協(xié)助客戶有效控制機械投入成本，并且提升產(chǎn)品品質(zhì)和生產(chǎn)效率。

深圳市威科達科技有限公司潛心研究張力控制技術(shù)，開發(fā)出基于專用伺服的恒張力控制系統(tǒng)，在鋰電池隔膜分切機張力控制環(huán)節(jié)，把被動式拉力改進為主動換卷收卷式拉力，實現(xiàn)了微張力完美收放、啟停時平穩(wěn)控制、大小卷徑不限制等控制特色，滿足了鋰電池材料隔膜生產(chǎn)過程中對9μ、12μ、16μ薄料分切的應(yīng)用需求。

在威科達開發(fā)的全伺服張力控制解決方案中，以VEC-VB-HJ張力控制專用型伺服為核心，將張力控制器集成于伺服驅(qū)動器內(nèi)，系統(tǒng)由人機界面、張力控制專用伺服、張力傳感器所組成。同時，采用伺服的專用算法計算卷徑，系統(tǒng)簡單高效，精準度高，可實現(xiàn)收放卷開環(huán)張力控制、收放卷閉環(huán)張力控制、過程張力控制等功能，達到高速生產(chǎn)（150-200m/min）、起動平穩(wěn)（張力波動≤1N）、低速無抖動；收放卷徑范圍寬泛；加減速或急停急起時，張力穩(wěn)定，張力精度控制在傳感器量程的1-5%等理想的應(yīng)用效果，獲得了用戶的高度好評。

助力鋰電池生產(chǎn)提速、降本

在鋰電池生產(chǎn)的卷繞機部分，以方型卷繞機為例，由于其卷針形狀的不規(guī)則性，卷針外圍每個點與卷針中心的距離都不一樣，卷針在旋轉(zhuǎn)一周的過程中，為了保證入料速度穩(wěn)定，需要對電機轉(zhuǎn)速進行多次動態(tài)調(diào)整，通常一個電池的電芯制作要對電機進行幾百上千次的動態(tài)調(diào)整，而單位時間內(nèi)能夠調(diào)整的能力越高，也意味著卷繞機的線速度越快，整線的生產(chǎn)效率也更高。

為此，深圳市微秒控制技術(shù)有限公司基于寄存器級驅(qū)控一體架構(gòu)，將控制與驅(qū)動的核心算法都在同一個芯片上，從底層的設(shè)計開始，就充分考慮資源的分配與軟件的協(xié)調(diào)，大幅縮減控制指令下達到驅(qū)動器的延時時間，從而在面對高周期循環(huán)動態(tài)調(diào)整應(yīng)用中，也能保證設(shè)備在600mm/s的速度上穩(wěn)定地運行。

為了進一步提高鋰電池設(shè)備的生產(chǎn)效率，微秒在伺服驅(qū)動器部分上進行了針對性開發(fā)。除了具備自學(xué)習功能、無需設(shè)置任何卷針參數(shù)之外，微秒開發(fā)的電子凸輪功能還具備獨特的功能優(yōu)勢，如多點凸輪擬合、自動生成凸輪曲線、凸輪啟動方式多樣等等。例如在飛切工位，8192點生產(chǎn)的凸輪曲線比一般的凸輪更細化，失真度更小，也更容易完成復(fù)雜的飛切動作，裁切時卷針無需減速停止，因而提高了生產(chǎn)效率，單個電芯較傳統(tǒng)方式提高0.3秒。在同步模式下，微秒控制的伺服驅(qū)動器既可以接收外部指令脈沖，也可以運行內(nèi)部定位指令，這就使得電機可在運行過程中直接疊加或者疊減一個距離，保證了動作的連貫性，如在完成飛切工位可直接到達入片工位，無縫銜接，在保證入片穩(wěn)定性的同時，又提高了生產(chǎn)效率。

另外，微秒還針對一些特殊工位進行了專門研發(fā)，提出了一系列提速降本的解決方案。如：在鋰電生產(chǎn)設(shè)備中的牽引工位，為了消除中斷定位的延時與誤差，往往會在前端加一個傳感器，當接到這個傳感器信號后進行降速處理，這既增加了傳感器的購買成本，也增加了送料時間，使得生產(chǎn)效率降低。為此，微秒開發(fā)的技術(shù)方案將中斷信號直接輸入驅(qū)動器處理，理論上不存在延時，因此無需降速，也無需額外增加傳感器，大大節(jié)約了投資成本，且提高了生產(chǎn)效率。

自動化裝配產(chǎn)線集成興起

鋰電池生產(chǎn)后段設(shè)備的產(chǎn)線自動化集成也是目前廠商們研發(fā)的一個熱點，尤其是組裝環(huán)節(jié)。例如在高倍率放電、大容量的疊片電池裝配生產(chǎn)中，整條產(chǎn)線需要完成疊片、極耳預(yù)焊、檢測、焊接、貼膠、包膜、熱熔、入殼等多道工序，彼此之間能夠快速銜接，外圍設(shè)備則與多個SCARA機器人配合，這些對產(chǎn)線的柔性化要求較高。

深圳市合信自動化技術(shù)有限公司推出的疊片電池機械手全自動裝配生產(chǎn)線，采用集成運動控制、PLC控制和網(wǎng)絡(luò)控制于一體的方式，總控制由一個主機控制完成，盡量減少不同系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換，并且通過EtherCAT總線連接20多個驅(qū)動器加多個EtherCAT遠程IO模塊，支持遠距離多點數(shù)應(yīng)用。該方案通過合信CTH300系列C37運動控制器和機器人示教器，基于EtherCAT總線通訊方式搭配H1A伺服驅(qū)動器和EtherCAT遠程IO模塊，以擴展模塊方式與設(shè)備外部信號實現(xiàn)交互。在軟件部分，系統(tǒng)CODESYS軟件平臺支持PLCopen標準運動控制指令、支持電子凸輪/電子齒輪、支持CNC及多種機器人模型算法；并結(jié)合合信Mico遠程解決方案，可實現(xiàn)基于互聯(lián)網(wǎng)的各種智能終端的應(yīng)用。

另外，在鋰電池生產(chǎn)后段整線部分，由利元亨自主研發(fā)的動力電池制芯工藝全自動裝配產(chǎn)線經(jīng)廣東省機械工程學(xué)會鑒定總體處于國際先進水平。據(jù)介紹，利元亨的核心技術(shù)實力主要體現(xiàn)在跨領(lǐng)域應(yīng)用和產(chǎn)品的技術(shù)工藝方面，包括智能控制技術(shù)、機器視覺、人工智能技術(shù)、激光加工技術(shù)、機電聯(lián)合仿真技術(shù)和力與位移精準控制技術(shù)等。同時通過對電芯裝配、電池檢測和電池組裝三大環(huán)節(jié)鋰電后段設(shè)備整線技術(shù)的掌握，利元亨沉淀出了標準化工藝平臺，可以為客戶提供集成多工序的鋰電池裝配生產(chǎn)線。

伴隨新一輪動力鋰電池擴建潮的興起，產(chǎn)業(yè)內(nèi)部的競爭將更為白熱化，鋰電池生產(chǎn)過程工序復(fù)雜，加上材料的特殊性與多元性、工藝參數(shù)的敏感性與高標準，這些都使得智能制造裝備成為鋰電池生產(chǎn)過程中的一項必要條件。工控自動化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)高效率、高品質(zhì)生產(chǎn)，協(xié)助鋰電池企業(yè)提高市場競爭力，因而發(fā)揮著越來越重要的作用。但另一方面，要想真正滿足鋰電池生產(chǎn)的實際應(yīng)用需求，就要求工控廠商和鋰電池設(shè)備企業(yè)緊密合作，把自動化技術(shù)與鋰電池生產(chǎn)工藝很好地結(jié)合在一起，以需求帶動技術(shù)開發(fā)，切實提供下游鋰電池設(shè)備企業(yè)所需的產(chǎn)品和產(chǎn)線方案。